摘要:電液伺服系統是一種采用電液伺服機構,根據液壓傳動原理建立起來的自動控制系統。通過建立電液伺服位置系統的數學模型，針對雙作用液壓伺服位置控制系統的特點提出一種單神經元自適應PID智能控制算法，并通過Simulink仿真優化控制系統參數，最后應用LABVIEW軟件開發實時測控軟件，并進行油缸實時位置伺服控制實驗。實驗結果表明電液伺服系統具有響應速度快、輸出功率大、控制精確性高等突出優點，較好改善了該系統位置控制的性能。

關鍵詞：電液伺服;Labview;機器人;Matlab;

1前言

 液壓傳動技術在各類工程機械上得到廣泛的應用,隨著計算機技術的發展,液壓傳動技術發展成為包括傳動、檢測、控制在內的完整的自動化技術。由于電液伺服系統具有比較大的不確定性和干擾,給電液伺服測試系統提出了很高的要求。

 電液位置伺服系統是最基本和最常用的一種液壓伺服系統，如機床工作臺的位置、板帶軋機的板厚、帶材跑偏控制、飛機和船舶的舵機控制、雷達和火炮控制系統以及振動試驗臺等。在其它物理量的控制系統中，如速度控制和力控制等系統中，也常有位置控制小回路作為大回路中的一個環節

 電液位置伺服系統主要是用于解決位置跟隨的控制問題，其根本任務就是通過執行機構實現被控量對給定量的及時和準確跟蹤，并要具有足夠的控制精度。電液伺服系統的動態特性是衡量一套電液伺服系統設計及調試水平的重要指標。它由電信號處理裝置和若干液壓元件組成，元件的動態性能相互影響，相互制約及系統本身所包含的非線性，致使其動態性能復雜。因此，電液伺服控制系統的設計及仿真受到越來越多的重視。

2液壓系統特性簡述

 隨著液壓技術的不斷發展與進步和應用領域與范圍的不斷擴大，系統柔性化與各種性能要求更高，采用傳統的以完成執行機構預定動作循環和限于系統靜態性能的系統設計遠遠不能滿足要求。因此，現代液壓系統設計研究人員對系統動態特性進行研究，了解和掌握液壓系統動態工作特性與參數變化，以提高系統的響應特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。

 液壓系統動態特性是其在失去原來平衡狀態到達新的平衡狀態過程中所表現出來的特性，原因主要是由傳動與控制系統的過程變化以及外界干擾引起的。在此過程中，系統各參變量隨時間變化性能的好壞，決定系統動態特性的優劣。系統動態特性主要表現為穩定性（系統中壓力瞬間峰值與波動情況）以及過渡過程品質（執行、控制機構的響應品質和響應速度）問題。

  液壓系統動態特性的研究方法主要有傳遞函數分析法、模擬仿真法、實驗研究法和數字仿真法等。數字仿真法是利用計算機技術研究液壓系統動態特性的一種方法。先是建立液壓系統動態過程的數字模型——狀態方程，然后在計算機上求出系統中主要變量在動態過程的時域解。該方法適用于線性與非線性系統，可以模擬出輸入函數作用下系統各參變量的變化情況，從而獲得對系統動態過程直接、全面的了解，使研究人員在設計階段就可預測液壓系統動態性能，以便及時對設計結果進行驗證與改進，保證系統的工作性能和可靠性，具有精確、適應性強、周期短以及費用低等優點。

3系統原理及建模

3.1系統組成及原理

  電液位置伺服控制系統以液體作為動力傳輸和控制介質，利用電信號進行控制輸入和反饋。只要輸入某一規律的輸入信號，執行元件就能啟動、快速并準確地復現輸入量的變化規律。控制系統結構圖如圖1所示：

圖1電液位置伺服控制系統結構圖

3.2電液位置伺服系統建模

 利用典型的工件疲勞實驗機電液力伺服控制系統模型建立，基于MATLAB/simulink環境，介紹電液伺服控制系統建模的一般方法。如表1所示的工件疲勞實驗機電液力伺服控制系統設計要求和給定參數，采用雙桿液壓缸對試件進行加載，采用力傳感器進行檢測反饋，從而構成伺服閥控制液壓缸的閉環電液力控制系統，其原理如圖2所示。

表1工件疲勞實驗機電液力伺服控制系統設計要求和給定參數

圖2工件疲勞實驗機電液力伺服控制系統原理圖與方框圖

 液壓動力元件參數應能滿足整個系統所要求的動態特性，還要考慮與負載參數的最佳匹配，以保證系統的功耗最小，效率高。按照表1所示的設計要求，選取與計算動力元件參數如表2所示。

表2元件的主要參數

 系統建模一般利用微分和差分方程進行，但對典型的電液伺服控制系統可直接引用系統組成元件或環節的數學模型建立傳遞函數。工件疲勞實驗機電液力伺服控制系統組成元件或環節的傳遞函數為：

伺服放大器傳遞函數：ΔI(s)/Uc(s)=Ka

電液伺服閥傳遞函數：KsvGsv(s)=Q0/ΔI=Ksv（視為比例環節）

液壓缸與負載的傳遞函數：Fg=KpAp(s2/ωm2+1)/(s/ωr+1)(s2/ω02+2*ξ0/ω0s+1)

式中ωm——負載固有頻率；

ωr——一階慣性環節的轉折頻率；

ω0——二階振蕩環節的固有頻率；

ξ0——二階振蕩環節的阻尼比。

通過系統給定參數和查閱伺服閥樣本，計算當負載彈簧Ks=180000N/cm時，傳遞函數中的主要參數：放大器增益Ka=40000mA/V，ωr=0.588rad/s，ωm=200rad/s，ω0=674rad/s，ξ0=0.005。再根據系統各環節的傳遞函數，建立系統simulink動態模型如圖3所示。

圖3系統simulink動態仿真模型

4軟件設計

  LABVIEW在線控制過程：首先進行數據采集，采集的數據是位移傳感器的位移，轉換為電壓，送入數據采集卡的模擬量輸入端AI0，程序中對模擬輸入通道進行配置，主要包括配置采樣通道號、最大最小值以及采樣方式(差分、單端)，并輸出采樣波形。接著是PID算法，要設定P、I、D的參數和輸出的上下限，然后是模擬量的輸出，程序中對模擬量輸出通道配置，輸出口配置為AO0口，并配置輸出的最大最小值。經過程序運算后得到的數值送給伺服放大器的輸入端，驅動伺服閥，使液壓缸前進或后退，完成對電液伺服系統的位置控制。

 數據采集時，前面板上配置有物理通道、模擬量輸入的最大、最小值，配置方式為單端，并畫出數據采集的實時波形曲線。本實驗中實時數據采集的對象是位移傳感器的反饋值，這個值送入N1-6008數據采集卡的模擬量輸入端。采集系統子程序如圖4所示。

圖4數據采集子程序框圖

5結論

（1）建模過程與仿真結果表明,對系統建立正確的數學模型并進行分析仿真，分析系統的動態特性，可以有效地預見系統的輸出，達到對系統工作狀態的了解，提高了設計和分析系統的效率，為進一步控制系統，提高響應速度和控制精度奠定了一定的基礎。

（2）從上面可以看出利用MATLAB/Simulink仿真提供的系統的可靠性驗證，準確的模擬了實際系統的工作狀態，必將在電液伺服控制領域得到廣泛應用。LABVIEW可視化編程使得系統更加簡單操作方便。